Глава5 Перекисное окисление липидов
При облучении мембран изменяется их ионная проницаемость, из-за чего клетки набухают и разрываются. Так кванты света разрушают эритроциты и работу внутриклеточных органов, таких, как митохондрии и лизосомы. В случае биологических мембран кванты действуют не напрямую, но также безотказно: сначала его улавливают фотосенсибилизаторы, которые передают возбуждение на липиды. В состав липидов входят полиненасыщенные жирные кислоты с несколькими двойными связями, что и делает их чувствительными к фотоокислению. Начинается цепная реакция, в результате которой получаются гидроперекиси. Цепное фотоокисление липидов можно затормозить с помощью ингибиторов – молекул, перехватывающих свободные радикалы. Ингибиторы цепного окисления называются антиокислителями, или антиоксидантами. Наиболее известный из них – альфа-токоферол (витамин Е).
Инициирование цепи
Радикал гидроксила, будучи небольшой по размеру незаряженной частицей, способен проникать в толщу гидрофобного липидного слоя и вступать в химическое взаимодействие с полиненасыщенными жирными кислотами (которые принято обозначать как LH), входящими в состав биологических мембран и липопротеинов плазмы крови. При этом в липидном слое мембран образуются липидные радикалы:
HO + LH -> Н2О+ L* Липидный радикал (L ) вступает в реакцию с растворенным в среде молекулярным кислородом; при этом образуется новый свободный радикал - радикал липоперекиси (LOO ): L* + O2 -> LOO* Рост цепи
Радикал LOO атакует одну из соседних молекул фосфолипида с образованием гидроперекиси липида LOOH и нового радикала L : LOO* + LH -> LOOH + L* Чередование двух последних реакций как раз и представляет собой цепную реакцию перекисного окисления липидов Разветвление цепи
Существенное ускорение пероксидации липидов наблюдается в присутствии небольших количеств ионов двухвалентного железа. В этом случае происходит разветвление цепей в результате взаимодействия Fe2+ c гидроперекисями липидов:
Fe2+ + LOOH -> Fe3+ + HO- + LO* Образующиеся радикалы LO* инициируют новые цепи окисления липидов: LO* + LH -> LOH + L* ; L* + O2 -> LOO *-> и т. д.
Обрыв цепей
В биологических мембранах цепи могут состоять из десятка и более звеньев. Но в конце концов цепь обрывается в результате взаимодействия свободных радикалов с антиоксидантами (InH), ионами металлов переменной валентности (например, теми же Fe2+) или друг с другом:
LOO + Fe2+ + H+ -> LOOH + Fe3+ LOO + InH ->In + LOOH LOO + LOO -> молекулярные продукты + фотон
Последняя реакция интересна еще и тем, что она сопровождается свечением (хемилюминесценцией). Интенсивность "сверхслабого" свечения однозначно отражает скорость липидной пероксидации в изучаемом биологическом материале, и измерение хемилюминесценции довольно часто используется при изучении перекисного окисления липидов в различных объектах, изучения образования активных форм кислорода клетками крови и перитонеальными макрофагами.
Биологическое значение пероксидации липидов
Увеличенное образование свободных радикалов в организме и связанное с этим усиление процессов пероксидации липидов (которое иногда называют "оксидативным стрессом") сопровождается рядом нарушений в свойствах биологических мембран и функционировании клеток, а именно:
изменение свойств липидного слоя;
увеличение микровязкости мембран;
изменение поверхностного заряда мембран и липопротеинов;
уменьшение гидрофобного объема;
увеличение полярности липидной фазы;
увеличение проницаемости для ионов водорода;
увеличение проницаемости для ионов кальция;
В работах А.И. Арчакова и Ю.А. Владимирова изучен механизм пероксидного окисления липидов и выяснено строение системы окисления чужеродных соединений (ксенобиотиков) в мембранах клеток печени. Нарушение работы окислительной системы приводит к тяжелым изменениям в обмене веществ и нарушению функционирования клеток, лежащим в основе интоксикаций, атеросклероза и образования канцерогенных соединений.